KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
Oleh: DWI HANDAYANI OKTORINA F14102117
2006 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
DWI HANDAYANI OKTORINA. F14102117. Kajian Karakteristik Modul Termoelektrik untuk Sistem Penyimpanan Dingin. Di bawah bimbingan: Armansyah H. Tambunan dan Leopold O. Nelwan. 2006 RINGKASAN Teknologi termoelektrik merupakan salah satu teknologi refrigerator tanpa menggunakan kompresor dan refrigeran. Sistem refrigerasi ini bekerja dengan mengkonversikan energi lisrik untuk menghasilkan dingin (termoelektrik refrigerator). Termoelektrik refrigerator memanfaatkan efek Peltier yangmenyebutkan bahwa bila dua buah metal atau bahan semi konduktor yang berbeda dihubungkan dan dialiri arus, maka akan terjadi perbedaan suhu. Kemudian modul termoelektrik akan menyerap panas yang ada disekitarnya pada satu sisi dan melepasnya pada sisi yang lain. Menurut Tambunan (2000), jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel maka akan terjadi lima efek termoelektrik yang terdiri dari efek Seebeck, efek Peltier, efek Joulean, efek Thomson, dan efek konduksi panas. Kelima efek tersebut akan timbul bersama-sama pada saat sistem termoelektrik berlangsung. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji karakteristik modul termoelektrik untuk sistem penyimpanan dingin dengan menggunakan modul tipe TEC1-12706. Kajian karakteristik bahan meliputi kesesuaian bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan modul termoelektrik. Kesesuaian bahan ini terutama ditentukan oleh nilai figure of merit (Z). Besarnya nilai Z ini bergantung pada jenis bahan seperti yang biasa digunakan antara lain Bishmut Tellurium (B2Te3), Plumbum Tellurium (PbTe), Silicon Germanium (SiGe), dan Sb2T3. Semakin besar nilai Z, performansi dari modul akan semakin baik. Untuk meningkatkan nilai Z, bahan yang digunakan harus mempunyai nilai koefisien Seebeck (αpn) yang besar, nilai tahanan jenis listrik (ρ) yang kecil, dan nilai konduktivitas panas (k) yang kecil pula. Besarnya nilai koefisien Seebeck (αpn) rata-rata untuk 3 modul yang digunakan dalam pengujian adalah 3.59E-04 V/K, nilai tahanan jenis listriknya (ρp + ρn) sebesar 5.45E-06 Ωm, dan nilai konduktivitas panasnya (kp + kn) adalah 13.21 W/mK, sedangkan nilai figure of merit (Z) rata-ratanya adalah sebesar 1.79E-03. Nilai Coefficient of Performance (COP) selain dipengaruhi oleh besarnya nilai kerja listrik (Pmasukan) juga dipengaruhi oleh besarnya kapasitas pendinginan yang dapat dilakukan oleh modul, sedangkan nilai kapasitas pendinginan tersebut sangat dipengaruhi oleh besarnya arus (I) yang mengalir pada modul, suhu pada terminal dingin (Td), dan perbedaan suhu antara terminal dingin dan terminal panas (∆T). Besarnya nilai arus rata-rata yang didapat adalah 8.66 A dengan tegangan rata rata sebesar 10.13 V. Dengan demikian, daya yang dipakai oleh modul termoeletrik rata-rata dalam kerjanya adalah sebesar 87.73 W. Besarnya nilai kapasitas pendinginan (Qo) rata-rata pada tiga kali pengujian adalah sebesar 49.13 W, sedangkan besarnya nilai kerja listrik rata-rata adalah sebesar 195.65 W, sehingga nilai COP rata-rata untuk 3 modul adalah sebesar 0.26.
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh: DWI HANDAYANI OKTORINA F14102117
2006 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
Oleh: Dwi Handayani Oktorina F14102117
Dilahirkan pada tanggal 12 Oktober 1984 Di Pekalongan, Jawa Tengah Tanggal lulus: ......................... Bogor, Agustus 2006 Disetujui oleh:
Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan
Dosen Pembimbing II
Dosen Pembimbing I Mengetahui:
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pekalongan, Jawa Tengah pada tanggal 12 Oktober 1984. Penulis merupakan putri kedua dari dua bersaudara dari pasangan Bapak Usman Hadi dan Ibu Siti Kudung Al Temu. Penulis mempunyai seorang kakak yang bernama Alfiadi Teguh Kurniawan. Pendidikan dasar diselesaikan pada tahun 1996 di SDN Panjang Wetan 05 Pekalongan, pendidikan lanjutan menengah pertama diselesaikan pada tahun 1999 di SLTP Negeri 2 Pekalongan. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan lanjutan menengah atas yang diselesaikan pada tahun 2002 di SMU Negeri 1 Pekalongan. Penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor melalui jalur UMPTN (Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri) pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian dan menyelesaikan pendidikan sarjananya pada tahun 2006. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif menjadi anggota Himateta (Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian) dan menjadi Pengurus Himateta periode 2005-2006. Penulis melakukan kegiatan Praktek Lapang di PT. Frisian Flag Indonesia, Ciracas – Jakarta dengan judul “Mempelajari Proses Pasteurisasi dan Pendinginan Susu Segar (Fresh Milk) di PT. Frisian Flag Indonesia Ciracas – Jakarta”. Selanjutnya penulis melakukan penelitian di Institut Pertanian Bogor sebagai tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana dengan judul “Kajian Karakteristik Modul Termoelektrik untuk Sistem Penyimpanan Dingin” di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan..
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya yang tak berkesudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan laporan skripsi ini dengan baik. Penyelesaian tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini penulis telah banyak dibantu oleh beberapa pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan selaku dosen pembimbing akademik atas segala bimbingan, nasehat, arahan dan motivasi selama masa studi, penelitian, dan penyelesaian tugas akhir. 2. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M. Si sebagai dosen pembimbing II sekaligus dosen penguji atas bimbingan,
masukan dan nasehatnya untuk
kelengkapan skripsi. 3. Dr. Ir. I Made Dewa Subrata, M.Agr selaku dosen penguji atas masukan dan nasehatnya. 4. Hibah Penelitian Projek Due-Like. 5. Yang terkasih dan tersayang Papa, Mama dan mas Alfi atas segala doa, nasehat, motivasi serta dukungan moril dan material kepada penulis. 6. Teman-teman sepenelitian dan seperjuangan, Windi, Jakle, Vera dan Peri atas kebersamaan dan bantuannya selama penelitian. 7. Teman-teman di sub program studi Teknik Biosistem Pertanian dan teman-teman TEP angkatan ’39, serta teman-teman sekandang “PIM AE ZONE” (Nano, Miaw dan Yuli) atas dukungan, bantuan dan semangatnya selama penulis melakukan studi dan penyusunan skripsinya. 8. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah membantu terlaksananya penelitian hingga tersusunnya laporan ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kekurangan karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman
penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritikan sebagai bahan perbaikan laporan ini. Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis pribadi maupun semua pihak yang memerlukannya. Bogor, Agustus 2006 Penulis
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................... iv DAFTAR ISI .............................................................................................. vi DAFTAR TABEL
................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xi DAFTAR SIMBOL .................................................................................... xii I.
PENDAHULUAN ............................................................................. 1 A. LATAR BELAKANG ................................................................. 1 B. TUJUAN ...................................................................................... 3
II.
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4 A. EFEK TERMOELEKTRIK ......................................................... 4 B. KINERJA REFRIGERATOR TERMOELEKTRIK ................... 11 C. PENERAPAN TERMOELEKTRIK ............................................ 15 D. TINJAUAN ATAS PENELITIAN SEBELUMNYA .................. 16
III. METODE PENELITIAN ................................................................... 18 A. WAKTU DAN TEMPAT ............................................................ 18 B. BAHAN DAN ALAT .................................................................. 18 1. Modul Termoelektrik ............................................................. 18 2. Recorder ................................................................................. 19 3. Termokopel ............................................................................ 19 4. Baterai (accu) ......................................................................... 19 5. Multimeter .............................................................................. 20 6. Sirip Pendingin (heat sink) ..................................................... 20 C. PROSEDUR PERCOBAAN ........................................................ 21 D. PENGAMATAN DAN PENGUKURAN ................................... 24 1. Pengukuran Suhu ................................................................... 24 2. Pengukuran Arus .................................................................... 25 3. Pengukuran Tegangan ............................................................ 26
E. PERHITUNGAN ......................................................................... 26 1. Nilai Daya Listrik ................................................................... 26 2. Nilai Resistivitas atau Tahanan Jenis Listrik (ρp+ ρn) ............ 27 3. Nilai Figure of Merit (Z) ........................................................ 27 4. Nilai Konduktansi Panas Diantara Dua Sambungan (U) ....... 28 5. Nilai Koefisien Seebeck Pada Bahan (αpn) ............................ 28 6. Nilai Kapasitas Pendinginan (Qo) .......................................... 28 7. Nilai Panas Yang Timbul Pada Terminal Dingin (Qc) ........... 29 8. Nilai Efek Peltier (Φpn) ........................................................... 29 9. Nilai Konduktivitas Panas Pada Bahan (kp + kn) ................... 29 10. Nilai Kerja Listrik Yang Dilakukan Modul (Pmasukan) ............ 29 11. Nilai Koefisien Penampilan (COP) ........................................ 30 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 32 A. KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK ................... 32 B. COEFFICIENT OF PERFORMANCE (COP) ............................. 40 C. FIGURE OF MERIT (Z) .............................................................. 41 D. TEGANGAN LISTRIK ................................................................ 44 V.
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 46 A. KESIMPULAN ............................................................................ 46 B. SARAN ........................................................................................ 46
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 48 LAMPIRAN ............................................................................................... 50
DAFTAR TABEL Halaman o
Tabel 1. Koefisien Seebeck pada suhu 100 C (Culp, 1979) ................... 5 Tabel 2. Data hasil pengujian 3 modul TEC1-12706 dirangkai paralel ... 33 Tabel 3. Data hasil pengujian pada 3 kali ulangan ................................... 42
